Різні хімічні склади A572 Grade 50 і Grade 60 не є випадковими; це точно розроблені рецепти, розроблені для досягнення цільових профілів механічних властивостей, насамперед межі текучості, шляхом контрольованого мікролегування та зміцнення твердого розчину. Основна філософія полягає в тому, щоб максимізувати приріст міцності від-рентабельних елементів із використанням складної металургії для пом’якшення негативного впливу на зварюваність і міцність. У наведеній нижче таблиці детально описано ключові обмеження складу та їх ролі:
Таблиця 1: Порівняння хімічного складу (максимальні відсотки, якщо не зазначено як діапазон)
| елемент | A572 50 клас | A572 Клас 60 | Металургійна функція та значення для H-променів |
|---|---|---|---|
| Карбон (C) | 0.23% | 0.26% | Основний зміцнюючий елемент через твердий розчин і утворення карбіду. Збільшення на 0,03% для Gr.60 є найважливішим хімічним важелем для досягнення вищого врожаю 60 ksi. Однак вуглець значно знижує зварюваність і міцність. Межі для обох сортів зберігаються відносно низькими, щоб зберегти ці критичні властивості. |
| Марганець (Mn) | 1.35% | 1.35% | Потужний підсилювач твердого розчину, який також покращує здатність до твердості. Він поєднується з сіркою, утворюючи сульфід марганцю (MnS), запобігаючи утворенню більш шкідливого сульфіду заліза та, таким чином, покращуючи оброблюваність у гарячому стані під час процесу прокатки H-променів. |
| Фосфор (P) | 0.04% | 0.04% | Шкідлива домішка, яка викликає сильну крихкість, особливо при низьких температурах (холодна задуха). Сувора низька межа є однаковою для обох марок і має вирішальне значення для підтримки базової міцності. |
| Сірка (S) | 0.05% | 0.05% | Ще одна домішка, яка може призвести до гарячих тріщин під час прокатки або зварювання, якщо вона присутня у вигляді сульфіду заліза. Постійне обмеження в поєднанні з достатньою кількістю марганцю забезпечує утворення більш доброякісних включень MnS. |
| Кремній (Si) | 0.40% | 0.40% | В основному використовується як розкислювач («катана сталь»), що забезпечує міцну, однорідну внутрішню структуру двотаврової балки. Це також сприяє міцності через зміцнення твердого розчину. |
| Колумбій (Cb/Nb) | 0.005 - 0.05%* | 0.005 - 0.05%* | Визначальний мікролегуючий елемент. Він утворює дрібні карбіди/нітриди, які (а) пригнічують ріст зерна під час гарячої прокатки, що призводить до дуже дрібного кінцевого розміру феритового зерна (подрібнення зерна), і (б) забезпечують дисперсійне зміцнення під час охолодження. Це ключ до досягнення високої міцності з низьким вмістом вуглецю. |
| Ванадій (V) | 0.01 - 0.15%* | 0.01 - 0.15%* | Альтернативний/додатковий мікросплав. Карбіди/нітриди ванадію забезпечують сильне дисперсійне зміцнення, особливо у фериті. Його можна використовувати окремо або з Cb. Млини оптимізують співвідношення Cb/V на основі своєї конкретної практики прокатки. |
*Для досягнення необхідних властивостей можна використовувати колумбій, ванадій або їх комбінацію.
Від хімії до механічних властивостей H-балок:
Трансформація від цієї хімічної рецептури до остаточної міцності та в’язкості двотаврової-балки відбувається під час процесу гарячої-прокатки на конструкційному стані.
Зміцнення твердого розчину: підвищена кількість вуглецю в Gr.60 разом із марганцем і кремнієм, присутніми в обох сортах, безпосередньо зміцнює кристалічну решітку заліза, спотворюючи її, підвищуючи як текучість, так і міцність на розрив.
Зернистість (ефект Холла-Петча): це найефективніший механізм для одночасного підвищення міцності та міцності. Під час контрольованої прокатки двотаврової балки сталь деформується в аустенітній фазі. Мікролегуючі елементи (Cb, V) у розчині закріплюють межі зерен аустеніту, перешкоджаючи їх зростанню. У кінцевих проходах, які виконуються при більш низьких температурах, зерна аустеніту «ущільнюються». При охолодженні на повітрі ці деформовані зерна перетворюються на винятково тонку мікроструктуру фериту. Більш дрібний розмір зерен означає більше меж зерен, які перешкоджають руху дислокацій (підвищуючи межу текучості), а також зупиняють поширення тріщин (підвищуючи в’язкість). Цей процес критичний для обох сортів.
Дисперсійне зміцнення: коли згорнута двотаврова балка охолоджується на робочому-столі, вуглець і азот у розчині поєднуються з мікролегуючими елементами (Cb, V), щоб осідати у вигляді карбідів і нітридів нано-розміру. Ці частинки створюють додаткові бар’єри для руху дислокацій, забезпечуючи значне підвищення межі текучості. Точний контроль температури прокатки та швидкості охолодження оптимізовано для максимізації цього ефекту.
Отриманий механічний профіль:
Для H-балок (які, відповідно до ASTM A6, повинні відповідати повній міцності незалежно від товщини фланця, на відміну від пластин), хімічні-результати очевидні:
Gr. 50: завдяки нижчому значенню вуглецю, він більшою мірою покладається на синергетичний ефект подрібнення зерна та дисперсійного зміцнення від Cb/V для досягнення 50 ksi. Це призводить до отримання матеріалу з чудовою в’язкістю (мінімальне подовження 21%) і зварюваністю.
Gr. 60: вищий вміст вуглецю забезпечує більш прямий внесок у міцність, доповнюючи ефекти мікролегування. Це ефективно підвищує межу текучості до 60 фунтів на кв. дюйм, але з відчутним компромісом-в пластичності (мінімальне подовження на 18%) і незначним збільшенням вуглецевого еквівалента, що впливає на деталі процедури зварювання.
Підсумовуючи, хімічний склад є планом. Процес-гарячої прокатки є будівельним майданчиком, де виконується цей проект. Для балок A572 H- майстерність заводу в області термомеханічної керованої прокатки перетворює ці конкретні хімічні обмеження на передбачуваний і надійний набір механічних властивостей, на який покладаються інженери-конструктори.